風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統的製作方法

2023-10-20 02:18:42

專利名稱：風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電系統，具體地說，是一種風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統。
背景技術：
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。隨著全球經濟的發展，併網型風力發電得以高速發展。但是，風力發電過程中，葉片在風能的作用下產生旋轉動能，經過增速箱增速後， 驅動發電機發電，也可用葉片直接驅動超低速發電機發電，由於風能是大自然的產物，人力無法控制，因而，風力發電機的併網問題一直沒有得到很好的解決傳統的風力發電，單颱風力發電機功率不大、效率低、不穩定、併網時容易對電網造成衝擊，影響安全穩定的供電。現在的汽輪機都為傳統的高壓蒸汽輪機，蒸汽壓力巨大，各方面技術要求非常高， 資金投入巨大。

發明內容
本發明針對傳統風力發電的缺陷，設計了一種新形式的風力發電系統，風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，解決了傳統的風力發電，功率不大、效率低下、不穩定、 不連續、併網時容易對電網造成衝擊，影響安全、穩定的供電等問題，提高了發電效率，解決了風力發電穩定併網和穩定供電以及遠距離輸送問題。本發明的風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，包括風能存儲部分、與風能存儲部分相接的低壓汽輪機發電部分，所述的風能存儲部分包括機架、安裝在機架上的軸、安裝在軸一端的葉輪、與軸另一端相連的增速箱、與增速箱相連的空氣壓縮機；所述的低壓汽輪機發電部分包括低壓汽輪機、與低壓汽輪機相連的發電機，風力驅動風能存儲部分存儲的壓縮空氣驅動低壓汽輪機發電部分，所述的低壓汽輪機包括機架，位於機架上的可旋轉的主軸，主軸上固定裝有至少兩級由偶數N個腔體組成的轉子，腔體沿圓周均布，相對的兩個腔體通過連通軸互相連通成一個密閉腔，密閉腔內裝有流體，每個腔體中安裝有氣囊，氣囊通過法蘭盤安裝在腔體中，氣囊設置有進氣通道和出氣通道，進氣通道和出氣通道之間設置有電磁換向閥，電磁換向閥位於連通軸上，並位於以主軸為圓心的同一圓周上， 出氣通道通過管路與下一級轉子同位置腔體相對的腔體中氣囊的進氣通道相接，所述的主軸上設置有N通接頭，通過管路與電磁換向閥相接，所述的主軸上固裝有接近開關支架，接近開關支架上與電磁換向閥相應的位置處設置有接近開關，所述的機架上設置有弧形凸輪，弧形凸輪位於60° -90°和對0° -270°的位置，並與接近開關位於同一圓周上；主軸的一端連接有發電機進行發電，另一端安裝有旋轉供氣閥，旋轉供氣閥與氣源相接，所述的旋轉供氣閥包括閥芯，套裝在閥芯外面的閥體、固定在閥芯上位於閥體外端的閥蓋，閥芯的外圓柱面上有環形進氣槽，閥體外圓柱面安裝有與環形進氣槽相對應的進氣口，進氣口與氣源相接，環形進氣槽底部有鑽孔，閥芯內中心有與環形進氣槽底部鑽孔連通的中心孔，氣體通過中心孔與主軸相接。優選的是，氣囊的進氣通道和出氣通道的一端有翻邊，法蘭盤套過氣囊壓住翻邊將氣囊固定在腔體中。優選的是，所述的低壓汽輪機還可設置有發電機，發電機的轉子上設置有齒輪，主軸上設置有齒輪，主軸上的齒輪通過與發電機轉子上的齒輪嚙合進行發電。優選的是，所述的低壓汽輪機設置有與發電機相接蓄電池，蓄電池為低壓汽輪機的電控系統供電。優選的是，所述的N = 8。優選的是，所述的轉子設置有八級，且轉子直徑逐級減少。本發明的有益效果是風力儲能結構簡單，對自然中的風力沒有限制條件，技術要求不高，成本低，存儲的壓縮空氣便於傳輸，也可直接用於低壓汽輪機。發電系統的低壓汽輪機，打破了所有動力機械的範疇，它是流體力學、氣壓力學、 槓桿力學、勢能力學完美的結合體，並且還可以循環供給自身的能源，多次做功，使其機械效率大大提高，也更加節能，由於不需要超高壓蒸汽驅動，不必考慮絕熱和散熱，所以，它結構簡單、成本低廉、持久耐用、維護方便，可廣泛應用於動力拖動和發電當中。風力儲能和低壓汽輪機的結合的發電系統，解決了各自存在的技術問題，低壓汽輪機解決了風力發電受自然風力的限制造成的併網困難的問題，風力儲能為低壓汽輪機提供了動力來源，使低壓汽輪機不受地域限制的進行發電作業。


附圖1為本發明的系統示意圖；附圖2為本發明的低壓汽輪機發電部分結構圖；附圖3為本發明的低壓汽輪機旋轉供氣閥的結構圖；附圖4為本發明的低壓汽輪機氣囊的結構圖；附圖5為本發明的風能存儲部分結構圖。
具體實施例方式本發明的風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，如圖1至5所示，包括風能存儲部分、與風能存儲部分相接的低壓汽輪機發電部分，如圖2所示，所述的風能存儲部分包括機架17、安裝在機架上的軸19、安裝在軸19 一端的葉輪20、與軸19另一端相連的增速箱21、與增速箱相連的空氣壓縮機22 ；所述的低壓汽輪機發電部分包括低壓汽輪機、與低壓汽輪機相連的發電機，風力驅動風能存儲部分存儲的壓縮空氣驅動低壓汽輪機發電部分，所述的低壓汽輪機，如圖3所示，包括機架1、弧形凸輪2、齒輪3、發電機4、電控系統、蓄電池5、軸承、主軸6、旋轉供氣閥7、轉子、橢圓形腔體9、管道10、橢圓形氣囊、電磁換向閥 11、接近開關12、接近開關支架13。兩組機架1成水平安裝，其中一組大的機架1安裝有鋼板焊制的平臺，並且在機架 1的內側的對0°到270°位置和60°到90°位置安裝有弧形凸輪2，接近開關支架13安裝在弧形凸輪2 一側機架1上與弧形凸輪平齊，另一組機架1的內側安裝有齒輪3，用來驅動主軸6裝有另一個齒輪3的一個小功率的發電機4』給蓄電池5供電，蓄電池5給低壓汽輪機轉子的電控系統供電。每組機1安裝有軸承座和軸承，主軸6安裝於兩組軸承中，主軸 6—端可以安裝發電機4，就可以驅動發電機4發電，另一端則安裝旋轉供氣閥7系統，用來給低壓汽輪機供氣。低壓汽輪機的轉子安裝在主軸6的中間部位，低壓汽輪機的轉子從大到小排列， 共分8級，第一級是80米，以此類推是70米、60米、50米、40米、30米、20米、10米，從大到小循環做功，以求獲得更多的推力。每一組轉子的頂部周圍要以偶數的形式均勻的排列安裝8個橢圓型腔體，上下相對的腔體要有相對應的管路連通，使其連通成一個密閉腔，每一個橢圓型腔體中安裝有一個橢圓形氣囊，如圖5所示，橢圓形氣囊的一端設計有加厚的帶翻邊的進氣和出氣的公共腔道，安裝的時候，用法蘭盤套過氣囊壓住翻邊，然後用螺絲通過翻邊上的孔，緊緊固定在橢圓形腔體9底部的法蘭盤上，然後通過焊接在法蘭盤外面的管路和外面的供氣系統連接，上下相對於裝轉子對稱的每一組橢圓形腔體9的下面一隻橢圓形腔體9和連接腔體的管道10，都裝滿了流體物質，而上面的橢圓形腔體9內的橢圓形氣囊充入了壓縮空氣，使氣囊充分膨脹，用來排淨腔體空間內的空氣，使其形成真空，以便流體物質在從下面腔體高速轉移到上面腔體的過程中，不會受到空氣的阻力，而直接擠壓上面腔體內氣囊裡的壓縮空氣，為循環到低壓汽輪機下一級轉子的氣囊中做好準備。主軸6的另一端安裝的旋轉供氣閥7，如圖4所示，保括閥芯14、套裝在閥芯14外面的閥體15、固定在閥芯14上位於閥體15外端的閥蓋16。旋轉供氣閥7閥芯14的外圓柱面上加工有進氣環形槽，進氣環形槽底部有鑽孔，閥芯14內中心有與環形槽底部鑽孔連通的中心孔，閥體15外圓柱面安裝有與進氣環形槽相對應的進氣口。旋轉供氣閥7安裝在主軸6上，使主軸6的中心孔和旋轉供氣閥7的中心孔連接， 這樣氣路就可以連通了，使壓縮氣體在低壓汽輪機旋轉的時侯也可以供入，不受任何影響。 旋轉供氣閥7工作的時候動力軸、閥芯14、閥蓋16 —起旋轉，閥體15則靜止不動，因為閥體 15和閥芯14屬於摩擦密封，所以即使在旋轉的時候，壓縮空氣也不會洩露。壓縮空氣通過進氣氣路，通過閥體15上的進氣口，進入到閥芯14上面的進氣環形槽裡面，然後再通過環形槽底部的孔進入到閥芯14內端面的中心孔，從閥芯14的中心孔又進入到主軸6的中心孔，經過主軸表面與中心孔相同的氣孔，通過管路與低壓汽輪機第一級轉子每個電磁換向閥11的進氣口相連，進入到低壓汽輪機中，這就是旋轉供氣閥系統。低壓汽輪機每一級轉子上，連通8個腔體的8根管道的內側面，靠近動力軸的地方，分別安裝8套電磁換向閥11，電磁換向閥11是雙向的，兩邊各有一組電磁線圈，來控制閥芯14左右運動，電磁換向閥11有三種工作狀態。第一種狀態，兩邊電磁線圈都不通電，閥芯14由於兩邊彈簧的作用處於中間位置的時候，氣囊的進氣和出氣全部關閉。第二種狀態，左邊的電磁線圈通電的時候，閥芯14被吸引到左邊，氣囊的充氣通道開啟，出氣通道關閉。第三種狀態，右邊的電磁線圈通電的時候，閥芯14被吸引到右邊，氣囊的出氣通道開啟，充氣通道關閉。而在第一級轉子，靠近環形凸輪的地方，相對應8根管道的內側面的8套電磁閥附近，安裝了 8組接近開關12，每一組接近開關12分為兩隻，來分別控制雙向電磁換向閥11 兩邊的兩組電磁線圈。低壓汽輪機轉動的時候，固定在機架1上的弧型凸輪靜止，因此弧形凸輪2就會依次開啟8組接近開關12，接通8套電磁換向閥11用來分別控制低壓汽輪機的8級轉子裡的氣囊的充氣、出氣和關閉。低壓汽輪機轉子的第8級連通8個腔體的8根管道的內側面， 靠近動力軸的地方，安裝小功率低速發電機4』，發電機4』軸上安裝的齒輪3和機架上的齒輪3相互齒合，低壓汽輪機轉動的時候，小功率發電機4』的齒輪3沿著固定在機架1上的齒輪3齒合轉動，使小發電機4』發電，然後充入安裝在小發電機4』旁邊的小功率的蓄電池 5裡面，供給電磁換向閥和接近開關12用。低壓汽輪機是這樣工作的，根據一個大氣壓能把水壓高到10米這個定律，低壓汽輪機的轉子最高的一級是80米，選用1兆帕的壓縮空氣，驅動80米的低壓汽輪機，1兆帕的壓縮空氣通過旋轉供氣閥7進入主軸6中心孔，到達每一組轉子，然後分為8路，分別接入低壓汽輪機每一級的8個電磁換向閥11的進氣口，其中處於位置的兩隻接近開關12 的其中一隻，被安裝在機架1上的對0°位置到270°位置的弧形凸輪2打開，從而接通處於240°位置的電磁換向閥11的左邊位置的電磁線圈，電磁換向閥11動作，閥芯14被吸引到左邊，進氣通道開啟，出氣通道關閉，1兆帕的壓縮空氣便迅速充入電磁換向閥11相對應的腔體中的氣囊中，氣囊膨脹，流體物質受到1兆帕的壓力被快速擠壓到相對的腔體中，並且作為一種傳導1兆帕壓力的媒介加壓上面腔體的氣囊，與此同時，上面60°位置的那一組接近開關12的其中一隻被位於60°位置到90°位置的弧形凸輪2所打開，從而接通處於60°位置的電磁換向閥11的右邊電磁線圈，電磁換向閥11動作，閥芯14被吸引到右邊， 進氣通道關閉，出氣通道打開，由於氣囊內事先已經充入壓縮空氣，所以壓縮空氣攜帶自身的壓力，加之流體物質對它的擠壓，通過相應的管路，通過已經打開的，控制第二級轉子的電磁換向閥11，循環到低壓汽輪機轉子的下一級70米的，位於位置的腔體中的氣囊中，氣囊膨脹，流體物質又被擠壓到上面的腔體中，與此同時上面腔體的氣囊中，事先充好的壓縮空氣，先通過上面60°位置的已經打開的電磁換向閥11及相應的管道10，再通過位於對0°位置已經打開的控制第三級轉子的電磁換向閥11，循環到第三級60米的這一級， 然後以此類推循環到50米、40米、30米、20米、10米，8次循環同步進行，循環到最後一級壓縮空氣釋放不再循環，此時低壓汽輪機的8級轉子中位於60°位置的8個腔體中充滿流體物質，而對0°位置的8個腔體中充滿壓縮空氣，此時重心逆變，頂部的8個腔體攜帶巨大的勢能從高處下落，低壓汽輪機的8級轉子開始旋轉，再藉助槓桿力就可以獲得巨大的動力， 隨著轉子的轉動，第一組腔體轉動到270°的位置，使位置的接近開關12，和60°位置的接近開關12同時脫離弧形凸輪2，使相對應的電磁換向閥11的兩組電磁線圈同時斷電，閥芯14回到中心位置，電磁換向閥11關閉，使處於270°位置8個腔體中的氣囊的進氣口和出氣口都被關閉，充入的壓縮空氣被封閉在各自的氣囊中，為下一次循環做好準備。同時處於90°位置8個腔體中的氣囊的進氣口和出氣口也被關閉，與此同時第2組腔體又旋轉到和60°的位置，重複上面充氣、循環的過程，然後下落轉動，以此類推第3組、第 4組、第5組、第6組、第7組、第8組、依次充氣、循環，然後下落轉動，然後再從第一組繼續充氣循環做功，就這樣周而復始，低壓汽輪機就可以穩定地、勻速地輸出動力，帶動發電機發電。
風能存儲部分利用風力驅動空氣壓縮機壓縮空氣，並存儲到儲氣罐23中，通過管路輸送到需要電能的地方，供給當地的低壓汽輪機帶動發電機發電。壓縮空氣驅動的低壓汽輪機所發的電能十分穩定，能很穩定的併入電網，也不會對電網形成衝擊。
權利要求
1.一種風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，包括風能存儲部分、與風能存儲部分相接的低壓汽輪機發電部分，其特徵在於，所述的風能存儲部分包括機架(17)、安裝在機架上的軸(19)、安裝在軸(19) 一端的葉輪(20)、與軸(19)另一端相連的增速箱(21)、 與增速箱相連的空氣壓縮機0 ；所述的低壓汽輪機發電部分包括低壓汽輪機、與低壓汽輪機相連的發電機，風力驅動風能存儲部分存儲的壓縮空氣驅動低壓汽輪機發電部分，所述的低壓汽輪機包括機架(1)，位於機架(1)上的可旋轉的主軸(6)，主軸(6)上固定裝有至少兩級由偶數N個腔體組成的轉子，腔體沿圓周均布，相對的兩個腔體通過連通軸互相連通成一個密閉腔，密閉腔內裝有流體，每個腔體中安裝有氣囊，氣囊通過法蘭盤安裝在腔體中，氣囊設置有進氣通道和出氣通道，進氣通道和出氣通道之間設置有電磁換向閥(11)， 電磁換向閥(11)位於連通軸上，並位於以主軸(6)為圓心的同一圓周上，出氣通道通過管路與下一級轉子同位置腔體相對的腔體中氣囊的進氣通道相接，所述的主軸(6)上設置有 N通接頭，通過管路與電磁換向閥(11)相接，所述的主軸(6)上固裝有接近開關支架(13)， 接近開關支架(1 上與電磁換向閥(11)相應的位置處設置有接近開關(12)，所述的機架 (1)上設置有弧形凸輪O)，弧形凸輪( 位於60° -90°和-270°的位置，並與接近開關(12)位於同一圓周上；主軸(6)的一端連接有發電機(4)進行發電，另一端安裝有旋轉供氣閥(7)，旋轉供氣閥(7)與氣源相接，所述的旋轉供氣閥(7)包括閥芯(14)，套裝在閥芯(14)外面的閥體(15)、固定在閥芯(14)上位於閥體(15)外端的閥蓋(16)，閥芯(14) 的外圓柱面上有環形進氣槽，閥體(1 外圓柱面安裝有與環形進氣槽相對應的進氣口，進氣口與氣源相接，環形進氣槽底部有鑽孔，閥芯(14)內中心有與環形進氣槽底部鑽孔連通的中心孔，氣體通過中心孔與主軸(6)相接。
2.根據權利要求1所述的風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，其特徵在於， 氣囊的進氣通道和出氣通道的一端有翻邊，法蘭盤套過氣囊壓住翻邊將氣囊固定在腔體中。
3.根據權利要求1所述的風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，其特徵在於， 所述的低壓汽輪機還可設置有發電機(4』)，發電機G』)的轉子上設置有齒輪(3)，主軸上設置有齒輪(3)，主軸(6)上的齒輪C3)通過與發電機G』)轉子上的齒輪(3)嚙合進行發 H1^ ο
4.根據權利要求3所述的風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，其特徵在於， 所述的低壓汽輪機設置有與發電機G』)相接蓄電池(5)，蓄電池(5)為低壓汽輪機的電控系統供電。
5.根據權利要求1所述的風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，其特徵在於， 所述的N = 8。
6.根據權利要求1所述的風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，其特徵在於， 所述的轉子設置有八級，且轉子直徑逐級減少。
全文摘要
一種風力和低壓汽輪機互補式儲能循環發電系統，包括風能存儲部分、與風能存儲部分相接的低壓汽輪機發電部分，所述的風能存儲部分包括機架、安裝在機架上的軸、安裝在軸一端的葉輪、與軸另一端相連的增速箱、與增速箱相連的空氣壓縮機；所述的低壓汽輪機發電部分包括低壓汽輪機，與低壓汽輪機相連的發電機，風力驅動風能存儲部分存儲的壓縮空氣驅動低壓汽輪機發電部分。本發明解決了傳統的風力發電，單颱風力發電機功率不高、效率低、不穩定、不連續、併網時容易對電網造成衝擊，影響安全穩定的供電等問題，提高了發電效率，解決了風力發電穩定併網和穩定供電以及遠距離輸送問題。
文檔編號F03D9/02GK102518559SQ20111042435
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者劉典軍 申請人:劉典軍